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邊界元方法與有限元方法之間的15點差別

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邊界元方法與有限元方法之間的15點差別

2019/08/22

關(guān)于邊界元與有限元的差別歸納如下:


01

邊界元方法使問題的維數(shù)降低一維,例如:三維問題變?yōu)槎S問題,二維變成一維問題。使得解題的自由度下降。 

02

邊界元相對于有限元來說,在相同離散精度的條件下,邊界元解的精度要高于有限元。 

03

邊界元方法在有些情況下,可以較容易地處理有限元方法很難處理的問題,例如,無限域問題,斷裂問題等。

04

在問題的規(guī)模(自由度)不大的情況下,邊界元的解題速度高于有限元方法。但是,由于邊界元方法形成的線性方程組的系數(shù)矩陣是滿陣,所以在處理大規(guī)模問題時遇到了困難,解題的規(guī)模受到限制。適合于處理中小規(guī)模問題。 

05

邊界元適合于處理位勢問題、彈性問題,而在處理彈塑性問題或大的有限變形問題時,由于需要對物體進行體積離散,此時,邊界元降維的優(yōu)點消失。所以會在處理這一類問題時遇到一些困難。

06

邊界元相對于有限元來說,其軟件的商業(yè)化程度遠不如有限元。所以,其處理問題時,一般是針對某一問題專門編制程序進行計算。其前、后處理的工作量較大。 

07

邊界元方法解題需要求出問題的基本解,基本解的推導一般比較復雜。通過許多學者的努力對于一些問題,基本解已經(jīng)被推導出來,但是,對于某些問題,問題的基本解很難求出。



一本書上關(guān)于有限元和邊界元的比較,摘錄如下:


08

有限元基于區(qū)域上的變分原理和剖分插值,邊界元基于邊界歸化及邊界上的剖分插值; 

09

有限元屬于區(qū)域法,其剖分涉及到整個區(qū)域,而邊界元只需對邊界離散,因此,可以降低求解問題的維數(shù); 

10

有限元法待求未知數(shù)多,要求解的方程規(guī)模大,導致輸入數(shù)據(jù)多,計算的準備工作量大,邊界元法則相對規(guī)模小一些; 

11

有限元必須同時對所有域內(nèi)節(jié)點和邊界節(jié)點聯(lián)立求解,邊界元只需對邊界節(jié)點聯(lián)立求解,然后可以相互獨立、完全并行的計算域內(nèi)各點的函數(shù)值;

12

有限元的系數(shù)矩陣帶狀稀疏,且保持對稱正定性,邊界元法的矩陣為滿矩陣,一般不能保證正定對稱性; 

13

有限元適應(yīng)復雜的幾何形狀和邊界條件,適于求解非線性、非勻質(zhì)問題,邊界元僅適應(yīng)規(guī)則區(qū)域及邊界條件,適于求解線性、勻質(zhì)問題;

14

有限元適合于求解有界區(qū)域無奇異性問題,而邊界元適合于求無界區(qū)域問題及若干奇異性問題; 

15

對于狹長區(qū)域,有限元的精度高于邊界元,其它情況下,邊界元的精度較高。


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